科學家發現trappist-1比我們的太陽系還要古老

在2017年2月一組歐洲天文學家宣布發現了一顆環繞附近恆星trappist - 1的七行星系統。除了這七顆行星都是岩石的事實之外，還有三顆行星在特拉普斯- 1的宜居帶內的軌道運行。因此已經進行了多項研究，以確定系統中的任何行星是否適宜居住。

當涉及到可居住性研究時，要考慮的關鍵因素之一是恆星系統的年齡。從根本上說年輕的恆星有一種趨勢，即在行星圍繞老恆星的軌道上長時間受到輻射時，會突然爆發並釋放出有害的輻射。多虧了一對天文學家的一項新研究現在已知的trappist - 1系統的歷史是太陽系的兩倍。

這項研究將發表在《天體物理學雜誌》上，標題為「在trappist - 1系統的時代」，由加州大學聖地亞哥分校(UCSD)的天文學家Adam Burgasser領導。他與美國航空航天局(NASA)外行星探索計劃(EEP)的副項目科學家埃里克·馬馬耶克(Eric Mamajek)一起參加了噴氣推進實驗室。

從行星trappist - 1f(右)附近的有利位置可以看到trappist - 1系統的樣子。圖片：NASA/JPL-Caltech

他們一起查閱了trappist - 1s運動學的數據(即它圍繞星系中心運行的速度)、它的年齡、磁場活動、密度、吸收線、表面重力、金屬性，以及它經歷恆星耀斑的速度。從這一切來看，他們認定trappist - 1相當古老，介於5.4到98億年之間。這是我們太陽系的兩倍大，這是大約45億年前形成的。

這些結果與之前估計的結果相矛盾，即trappist - 1系統的年齡約為500萬。這是基於這樣一個事實:對於像trappist - 1這樣的低質量恆星來說，這是一個很長的時間，它的質量大約是太陽的8%。但是隨著年齡限制在100億年前，這個恆星系統幾乎和宇宙本身一樣古老!

正如Burgasser博士在最近的NASA新聞聲明中解釋的那樣：我們的結果確實有助於限制trappist - 1系統的進化，因為系統必須持續幾十億年。」這意味著行星必須共同進化，否則系統早就崩潰了。就可居住性研究而言，這可能是非常重要的。

首先與年輕的明星相比，年長的明星在flareups上的體驗更少。從他們的研究中，Burgasser和Mamajek證實與其他超酷的矮星相比，trappist - 1相對來說比較安靜。然而由於圍繞著trappist - 1軌道的行星離他們的恆星很近，在這一點上，它們已經暴露在數十億年的輻射中。

在trappist - 1系統中，一行星凌日紅矮星的藝術圖。圖片：NASA/ESA/STScl

因此在trappist - 1軌道上運行的大部分行星都有可能被剝離出來——這與數十億年前火星失去保護磁場時所發生的情況類似。這與許多最近的研究是一致的，這些研究得出結論:特拉普- 1的太陽活動不會對任何行星上的生命有益。

儘管其中一些研究涉及到恆星耀斑的trappist - 1級，但另一些研究則考察了磁場的作用。最後他們得出結論trappist - 1太易變，而且它自己的磁場很可能與行星的磁場相連接，使得恆星的粒子可以直接流到行星的大氣層(從而使它們更容易被剝去)。

然而結果並不完全是壞消息。由於trappist - 1行星的估計密度比地球低，所以可能有大量的揮發性元素(即水、二氧化碳、氨、甲烷等)。這些可能導致了厚厚的大氣層的形成，保護了表面免受大量有害輻射的影響，並將熱量重新分配到那些被鎖定的行星上。

再由厚厚的大氣層也會產生類似於金星的效果，產生一種失控的溫室效應，這將導致難以置信的厚大氣層和極其熾熱的表面。在這種情況下在這些行星上出現的任何生命都必須非常頑強，才能生存數十億年。

在紅矮星trappist - 1周圍發現的最遙遠的外行星上的藝術圖。圖片：ESO/M. Kornmesser

另一個要考慮的積極因素是trappist - 1的恆定亮度和溫度，這也是典型的m級(紅矮星)恆星。像我們的太陽這樣的恆星的壽命估計為100億年(幾乎是一半)，隨著時間的推移，它會越來越亮，越來越熱。另一方面據信紅矮星的存在時間長達10萬億年，比宇宙存在的時間要長得多，而且在強度上變化不大。

考慮到地球上出現複雜生命所需的時間(超過45億年)，這種壽命和一致性可能會使紅矮星系統成為長期宜居的最佳選擇。這是由哈佛-史密森天體物理中心(CfA)的阿維·勒布教授最近進行的一項研究得出的結論。

正如Mamajek的解釋：恆星比太陽質量要大得多，在數百萬年的時間裡迅速燃燒，並在超新星爆炸中爆炸。但是，trappist - 1就像一根慢燃的蠟燭，比宇宙的當前年齡要長900倍。

NASA也對這些發現表示了興奮，這些新結果為未來對trappist - 1行星的觀測提供了有用的背景，這可以讓我們對行星大氣層的形成和演化有更深入的了解，並持續下去，」噴氣推進實驗室的系外行星科學家Tiffany Kataria說。目前對trappist - 1和附近其他恆星系統的適宜性研究僅限於間接方法。

然而在不久的將來，像詹姆斯·韋伯太空望遠鏡這樣的下一代任務將會揭示更多的信息——比如這些行星是否有大氣層以及它們的組成成分。未來對哈勃太空望遠鏡和斯皮策太空望遠鏡的觀測也將提高我們對這些行星的了解以及它們表面可能的條件。

參考：NASA，arXiv

來自：Universe Today

作者：Matt Williams

編譯：中子星

審校：博科園

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